Искусственная сушка горных пород

M п 09,588,42 16.

Объем металла магнитопровода

Vм = 3,14· 0,5· 3· 0,004 = 0,0188 м2.

Требуемая электрическая мощность

P = 3521 480 0,1 + 460 7800 0,004 160,05 0,0188 +

+ (180 20) 2 20 0,588 800 0,588 16694 Вт. 2

Удельная тепловая мощность

P 166949,42 1772 Вт/м2.

По рис. 10.7 находим: Н = 4500 А/м и qн = 8 10-5 Ом. Тогда

Количество витков индуктора

Сила тока в индукторе

I 4500 3 63,68 А, 212

μ – магнитная проницаемость, Гн/м:

Удельная электрическая проводимость для материала трубы (Ст3) составляет 6,8 106 1/Ом м. Магнитная проницаемость μ определялась по выражению,

полученному из решений линейных уравнений Максвелла Е dHdt , при-

менительно к данной схеме включения установки в электрическую сеть (см.

рис. 10.4):

где μ – магнитная проницаемость, Гн/м; Е – напряженность электрического поля, В/м;

Нm – напряженность магнитного поля, В/м; f – частота тока, Гц;

S – площадь сечения магнитопровода (трубы), м2; n – число витков обмотки, шт.

Как показали исследования, магнитная проницаемость зависит от марки стали и напряженности магнитного поля на поверхности трубы. Данная зависимость представлена на рис. 10.10, из которой видно, что с увеличением напряженности поля до 700-800 А/м происходит возрастание модуля проницаемости. Дальнейшее увеличение напряженности ведет к снижению модуля проницаемости, и при напряженности поля 10585 А/м для стали Ст3 (наши условия) эта величина составит примерно 100 Гн/м. Тогда глубина проникновения электромагнитных волн в металл трубы, а следовательно и оптимальная толщина ее стенки, составит:

Зависимость глубины проникновения электромагнитных волн в металл трубы из стали Ст3 от величины модуля магнитной проницаемости показана на рис. 10.10.

700

600

500

400

300

200

100

Рис. 10.10. Зависимость глубины проникновения электромагнитных волн

вметалл (Ст3) от магнитной проницаемости

11.УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ СУШИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

При проектировании процесса сушки горных пород важное значение имеет обеспечение пожаро- и взрывобезопасной работы сушильных установок. Особенно это относится к сушке таких материалов как торф, сланцы, бурые и каменные угли, кокс, лигнин и т.п. Являясь пожароопасными материалами, они относятся к категории взрывоопасных.

Процесс взрыва пыли указанных твердых топлив представляет собой интенсивное горение газифицированных летучих веществ. В зависимости от условий горения скорость распространения пламени при взрыве колеблется от нескольких десятков до сотен метров в секунду. Бурное горение пыли сопровождается местным повышением давления, следующим за фронтом пламени, и представляет собой взрывную волну.

Образование взрывной волны с большой скоростью ее распространения возможно при значительных отложениях высокодисперсной пыли. При возникновении загорания местного значения и появлении небольшого хлопка отложения пыли быстро переходят во взвешенное состояние с образованием значительных концентраций, способных вызвать более сильный взрыв.

Ударная волна опережает фронт пламени и по пути своего движения переводит во взвешенное состояние новые отложения пыли. Взрывной эффект значительно усиливается.

В заводских помещениях взрывная волна в первую очередь разрушает оконные проемы, затем слабые места кровли и даже стены. Появление широкого фронта пламени весьма опасно для обслуживающего персонала.

Изучение взрываемости топливной пыли позволило выявить наиболее важные факторы, влияющие на развитие взрыва: источник воспламенения, влажность пыли, размер частиц, концентрация пыли в газовой среде, содержание кислорода, влагосодержание аэровзвесей, содержание двуокиси углерода, температура среды и начальное давление в объеме. Источниками воспламенения пыли могут быть горящие частицы, непосредственное воздействие пламени, искра электрического или иного происхождения. Часто воспламенение, например, торфяной пыли происходит от тлеющих очагов торфа. Эти очаги в большинстве случаев являются результатом самовозгорания откладывающейся пыли, длительное время находящейся в соприкосновении с источником тепла. Отложения пыли обычно получаются при наличии горизонтальных или слабо наклонных участков, "мертвых пространств" в производственных помещениях и неудачно спроектированном технологическом оборудовании. Взрывы пыли в сушильных установках происходят, как правило, при пуске, когда тлеющие очаги взрыхляются мощным газовым потоком.

Взрывоопасность любой пыли возрастает с понижением ее влажности. Как показали опыты, торфяная пыль способна к взрыву в основном при влажности менее 25 %, что соответствует влажности торфяной сушенки, предназначенной для производства брикетов. Поэтому торфяную сушенку, особенно ее пылевую фракцию, следует считать взрывоопасным материалом.

Дисперсность пыли является одним из важнейших факторов, определяющих ее взрывоопасность. Многочисленные опыты, проведенные с пылью различных материалов, показывают, что взрываемость пыли уменьшается с угрублением ее помола. Более тонкая фракция пыли имеет большую удельную поверхность, поэтому легче прогревается. Крупные же фракции пыли способны поглощать теплоту от источника и тем самым затормаживают развитие процесса горения. Добавленные к тонкой пыли крупные фракции играют роль инертных частиц, задерживающих воспламенение смеси.

Максимальная концентрация пыли, выше которой взрыва не происходит, зависит от природы материала. Для бурых углей она составляет 5-6 кг/м3, для каменныхуглей– 3-4 кг/м3, дляторфа– 13-16 кг/м3.

При определенных соотношениях крупной и мелкой пыли развитие взрыва может оказаться невозможным. Так, для бурых и каменных углей при содержании 30 % частиц размером более 0,2 мм пылевоздушная смесь считается взрывобезопасной. Размер частиц торфяной пыли, равный 0,15 мм, можно принять пределом ее воспламенения (взрыва).

Концентрация пыли в газовом потоке является одним из основных факторов, влияющих на развитие взрыва. Пыль твердых топлив при наличии благоприятных условий взрыва может воспламениться лишь при определенных ее концентрациях в газовой среде. Пыль в виде аэрозольной смеси по концентрации характеризуется нижним и верхним пределами воспламеняемости (взрываемости). Например, нижний предел воспламеняемости торфяной пыли составляет 0,05-0,15 кг/м3, в некоторых случаях минимальная концентрация снижается до 0,01 кг/м3.

При увеличении концентрации пыли в газовом потоке выше минимального значения вероятность взрыва возрастает. Наиболее опасные концентрации для различных видов топлива находятся в пределах 0,4-2,0 кг/м3.

Содержание кислорода в аэровзвеси является одним из важнейших факторов, влияющих на развитие взрыва пыли. Кислород – наиболее реагирующее вещество, способствующее образованию взрывоопасной смеси. Поэтому необходимо стремиться к снижению в сушильном агенте содержания свободного кислорода и к увеличению двуокиси углерода СО2 (углекислого газа) или другого инертного газа.

Предельное содержание кислорода, при котором не возникает взрыва торфяной пыли, принимается равным по объему 16 %. Поэтому при сушке торфа топочными газами, содержащими в своем составе не более 16 % по объему свободного кислорода, полностью исключаются взрывоопасные условия работы сушильной установки. Для обеспечения такого режима работы целесообразно производить сушку высокотемпературными топочными газами без разбавления их воздухом.

В сушильных установках, предназначенных для сушки других материалов, содержание кислорода в газовых потоках следующее: лигнин и сланцы ≤ 16 %, бурые угли и полукокс этих углей и каменных углей с выходом летучих веществ более 35 % ≤ 18 %, каменные угли с выходом летучих веществ менее 35 % и полукокс этих углей ≤ 19 %. При сушке антрацита и полуантрацита содержание кислорода в сушильном агенте не ограничивается.

Содержание углекислого газа и водяных паров в пылегазовой смеси может служить надежным средством для предупреждения взрыва. Для торфяной пыли низшим пределом влагосодержания, при котором взрыва не происходит, является влагосодержание280 г/кгсухого воздуха.

Наряду с парообразной влагой на снижение вероятности и интенсивности взрыва влияет присутствие в сушильном агенте двуокиси углерода. В этом отношении положительную роль играют топочные (дымовые) газы, используемые в пневмогазовых сушилках. Представляя собой инертную среду, топочные газы способны обеспечивать взрывобезопасную работу сушильной установки. Для этого необходимо, чтобы содержание двуокиси углерода в газовом потоке составляло не менее 4,5 %.

Исследования по взрыву различной пыли позволяют установить значения отдельных параметров, обеспечивающих взрывобезопасную работу установок для сушки торфа. Взрыва торфяной пыли не происходит при отсутствии источника воспламенения; влажности торфа, превышающей 25 %; крупности частиц пыли более 0,15 мм; концентрации пыли, не превышающей 0,02 кг/м3 газа; содержании свободного кислорода не более 16 %; влагосодержании аэровзвеси не менее 280 г/кг сухих газов и применении высокотемпературных неразбавленных топочных газов.

При проектировании сушильных установок для взрывоопасных материалов необходимо предусмотреть различные мероприятия по предупреждению пожаров и взрывов таких материалов, особенно их пылевой составляющей.

Важным мероприятием такого рода является обеспечение сушильнотопочных установок контрольно-измерительными приборами, регистрирующими температурный режим, состав топочных газов, содержание кислорода в парогазовой смеси.

Для предупреждения отложений и возможного взрыва пыли внутренние стены помещения рекомендуется делать гладкими, покрашенными в светлые тона или облицованными кафельными плитками. Подоконники выполняются с углом наклона к горизонту не менее 60о. Места, на которых может оседать пыль, должны быть легко доступными для чистки.

Бункера для исходного и высушенного материала делают обычно металлическими или железобетонными с гладкой внутренней поверхностью. Для полного опорожнения самотеком угол наклона стенок к горизонту принимается не менее 60о. Углы между стенками бункера должны быть плавно закруглены. Внутри бункеров не допускаются какие-либо выступы, на которых может оседать и задерживаться материал.

Выделение высушенного материала в системе пылеулавливания следует производить в аппаратах сухой очистки газов в две стадии. Для доведения до санитарных норм запыленности газов, выбрасываемых в атмосферу, необходимо устанавливать мокрые пылеуловители и электрофильтры.

Разгрузочные камеры и пылеулавливающие аппараты сухой очистки газов сушильных установок должны оборудоваться устройствами, препятствующими проникновению взрывных газов в помещение (барабанно-лопастные питатели, шлюзовые затворы, мигалки с принудительным открыванием клапанов и др.).

Дымососы сушильных установок следует размещать после аппаратов сухого пылеулавливания до устройств смокройочисткойгазов.

В целях пожаротушения должен быть предусмотрен подвод водяного пара или инертных газов в сушильный аппарат, во все ступени пылеулавливания сухой очистки газов, в бункера высушенного материала. В пневмогазовых сушилках нашли применение устройства впрыска воды, которые срабатывают при повышении температуры газового потока сверх допустимой. Поступление воды

в сушильный объем и образование водяного пара повышает влагосодержание газов выше нормативного предела и делает среду взрывобезопасной.

Защита оборудования сушильной установки от разрушений при взрывах может быть осуществлена двумя способами: изготовлением элементов установки, рассчитанных на максимальное давление, возникающее при взрыве в закрытом объеме; устройством предохранительных клапанов, через отверстия которых удаляются газообразные продукты, образующиеся во время взрыва.

Первый способ связан со значительными материальными и денежными затратами. Правилами взрывобезопасности сушильных установок предусматривается защита оборудования от взрывов угольной, торфяной и другой пыли при помощи предохранительных клапанов. В этом случае газопроводы, шахты, трубы-сушилки и короба сушильных установок рассчитываются на внутреннее давление 0,04 МПа.

Суммарная площадь сечения всех предохранительных клапанов при расчетном внутреннем давлении 0,04 МПа принимается не менее 0,04 м2 на 1 м3 объема. Общая площадь сечения клапана сепаратора (циклона) выбирается из расчета не менее 0,025 м2 на 1 м3 его объема. На бункерах высушенного материала площадь сечения клапанов принимается из расчета 0,0025 м2 на 1 м3 объема бункера, но не менее 0,5 м2. На газоходах, а также соединительных трубопроводах площадь сечения каждого клапана должна составлять не менее 70 % поперечного сечения.

Предохранительные клапаны имеют различное конструктивное исполнение: горизонтальные, наклонные, с обратным клапаном, в виде подвижного диска.

Диафрагмы предохранительных клапанов выполняют легкоразрывными из мягкой жести толщиной до 0,5 мм, диаметром не более 1 м с одинарным швом посредине. В случае изготовления диафрагмы из алюминиевого листа его толщина выбирается от 0,5 до 1 мм с подрезом по средней линии на 50 % толщины или используется асбестовый картон толщиной 3-5 мм. С внутренней стороны клапаны должны иметь поддерживающую решетку или сетку, вы- держи-вающую нагрузку не менее 1000 Н.

Для защиты зданий от возможных разрушений в результате взрыва рекомендуется иметь достаточное остекление окон: одинарное остекление не менее 30 % поверхности одной из наибольших наружных стен помещения сушильного цеха с использованием металлических оконных переплетов.

Соблюдение мер по охране труда и правил взрыво- и пожаробезопасности может полностью устранить загорания и взрывы при эксплуатации сушильных установок.

Литература

1.Гухман А.А Применение теории подобия к исследованию процессов тепло- и массообмена. – М.: Высшая школа, 1974. – 328 с.

2.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.Л. Теплопередача. – М.: Энер-

гоиздат, 1981. – 417 с.

3.Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейдман А.Е. Техническая термодинамика.

–М.: Энергоатомиздат, 1983. – 416 с.

4.Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. –

415 с.

5.Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. – 320 с.

6.Лыков А.В. Теория сушки. – М.: Энергия, 1968. – 218 с.

7.Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник / Под ред. В.В. Крас-никова. –

М.: Энергия, 1978. – 479 с.

8.Наумович В.М. Искусственная сушка торфа. – М.: Недра, 1984. – 222 с.

9.Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. – М.: Стройиздат, 1981. – 296 с.

10.Филиппов В.А. Конструкция, расчет и эксплуатация устройств и оборудования для сушки минерального сырья. – М.: Недра, 1979. – 309.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Id-диаграмма для влажного воздуха при давлении 101,325 кПа на 1 к содержащегося в нем сухого воздуха